Текст книги "100 знаменитых изобретений"

Одноразовая посуда

В 1908 году американский врач Э. Дэвидсон опубликовал исследование о смертности среди школьников. Одной из ее причин он назвал использование негигиеничных металлических кружек.

В том же году молодой студент – юрист X. Мур, писавший заметки для газеты производителей продуктов питания «The Packer», опубликовал разоблачительную статью о негигиеничности посуды, которую использовали железнодорожные инженеры, и провел кампанию против «общественной жестяной кружки». Затем Мур придумал «безопасную чашку», представлявшую собой скрученный конусом лист картона.

Свое изобретение Мур показал чикагскому предпринимателю Л. Луэллену. Луэллен сразу понял перспективность начинания и, в свою очередь, усовершенствовал его: у чашки появилось дно, и она приобрела округлую форму.

К 1910 году Луэллен запатентовал изобретение и основал в партнерстве с Муром «Компанию индивидуальной чашки для питья». Тогда же партнеры сконструировали автомат по продаже индивидуальных чашек и установили его в общественных местах и железнодорожных поездах.

К 1960 году ежегодно в одной только Америке продавалось бумажных стаканчиков на 50 млн долларов в год.

Увеличению спроса на одноразовую посуду способствовало появление в середине XX в. супермаркетов и ресторанов быстрого обслуживания типа «Макдоналдс».

В супермаркетах продукты стали расфасовывать в пластике для быстроты обслуживания покупателей. После использования продукта упаковка выбрасывается.

В ресторанах быстрого обслуживания для того, чтобы покупатели не нуждались в столовых приборах, продают супы в стаканах, которые можно пить, а не есть ложкой, замороженные бутерброды, которые перед употреблением надо лишь разогреть в микроволновой печи, а затем снять упаковку и т. п.

Для производства одноразовой посуды стали использовать различные пластмассы. Самым распространенным материалом является полипропилен. Он устойчив к действию температур до 150 °C и применяется для изготовления пленки, в которую помещают мороженые продукты. Их можно опустить в кипяток для разогрева прямо в пленке.

Можно также выделить полистирол, который отличается высокой прочностью, способностью окрашиваться в различные цвета и химической инертностью, если изготовлен без нарушения технологии. Полистирол применяется, например, для упаковки масла и маргарина.

Из полиэтилена изготавливают пленку для хранения холодных продуктов, различные емкости: хлебницы, чашки с блюдцами и т. д. Однако долго хранить сливочное масло или маргарин в такой пленке нельзя из-за ее неустойчивости по отношению к жирам.

Емкости для подсолнечного масла, минеральной воды и прохладительных напитков делают из сравнительно нового материала – полиэтилентерефталата. Это очень инертная пластмасса, которая может выдерживать давление углекислого газа газированных напитков. Но хранить в бутылках из-под минералки растительное масло, воду или алкогольные напитки нельзя, так как масло и спирт гораздо более сильные растворители олигомеров, чем вода, и вредные вещества могут переходить из пластмассы в жидкость.

По оценкам специалистов, потребление пластиковой посуды в мире составляет до 88,5 кг на человека в год. Большая часть этой посуды оказывается на свалке и, разлагаясь, загрязняет окружающую среду.

Сегодня лишь четверть производимых полимерных материалов изготовлена из биоразлагаемых пластиков. Основными недостатками этих материалов являются дороговизна, неполная разлагаемость, возможность порчи пищевых продуктов от преждевременного разложения упаковки в процессе ее использования.

Первый биоразлагаемый пластик, целлофан, был получен в 1908 г. Присущая целлофану биодеградируемость в то время препятствовала его применению, и поэтому он был заменен пластиками с более продолжительными сроками службы.

В 70-х годах от целлофана как упаковочного материала полностью отказались, обратив свое внимание на более технологичный крахмал. Один из новых биоразлагаемых материалов, успешно вышедших на рынок, «Mater-Bi», был запатентован в Италии в 1995 г. Он представляет собой смесь кукурузного крахмала, поливинилового спирта и поликапролактона. Из «Mater-Bi» получают самые различные изделия: от мешков до ручек.

«Крахмальные» изделия могут быть рассчитаны на требуемый срок самораспада. Некоторые виды биопластика растворяются очень быстро, другие могут служить месяцы, а то и годы. В австрийских и шведских ресторанах «Макдоналдс» – «крахмальные» вилки и ножи. Но в США и в Украине «Макдоналдс» продолжает использовать дешевую пластиковую посуду.

Кроме крахмала и целлюлозы для производства биоразлагаемых пластмасс пытаются использовать полисахариды, пектин, рапсовое масло, из которого можно делать полимер, напоминающий полиуретан и другие материалы.

Но цена на биодеградируемые пластики сейчас во многом зависит от степени их востребованности в той или иной области. В основном эти материалы используются в медицине, для изготовления имплантантов, лекарственных капсул. В быту же большинство потребителей не склонно переплачивать за биоразлагаемый пакет для упаковки пищевых продуктов.

Другим направлением в развитии одноразовой посуды, не загрязняющей окружающую среду, является съедобная посуда. Такая посуда, например, была разработана к Московской олимпиаде 1980 г. на кафедре общественного питания Ленинградского института советской торговли. Она помогла бы избавиться от моечного оборудования и посудных шкафов.

Хозяин ресторана из английского города Кейворт П. Пипонидис тоже сделал посуду, в которой посетители уносят еду, съедобной. Коробка из картофельной муки изготавливается по технологии, сходной с той, что используется в производстве чипсов.

Американские специалисты в области химии пищевых продуктов разработали съедобную бумагу для упаковки бутербродов. Она состоит из пюре, приготовленного из овощей, фруктов и ягод и обработанного особым способом, которое, попав в рот, сразу же растворяется. Внешне она напоминает обычную бумагу, обеспечивает герметичность продуктов и может применяться не только для упаковки бутербродов, но и для хранения полуфабрикатов в холодильнике.

Современная одноразовая посуда требует максимальной переработки и новых технологий производства, иначе Земля может утонуть в упаковках, остающихся после съеденной пищи.

Парашют

Принцип действия аппарата, замедляющего падение тел в воздухе, впервые сформулировал Роджер Бекон еще в XIII веке. В своем сочинении «О секретных произведениях искусства и природы» он признал возможность постройки летательных машин и указал, что можно опираться на воздух при помощи вогнутой поверхности.

Леонардо да Винчи впервые разработал конструкцию аппарата, замедляющего падение. Он писал: «Если человек возьмет полотняный купол, каждая сторона которого имеет 12 локтей ширины и 12 локтей высоты, он сможет безопасно сброситься с любой высоты». Но эта идея долго оставалась лишь на бумаге.

В 1617 г. в Италии был опубликован труд Фауста Веранчио «Книга о машинах». В ней был помещен рисунок, изображающий человека, опускающегося на квадратном куполе.

В 1777 г. парижский профессор Дефонтаж изобрел летающий плащ. По утверждению ученого, плащ должен был обеспечить безопасный спуск с большой высоты. Профессор не решился сам испытать свое изобретение. Он обратился к судебным властям с просьбой предоставить для испытания преступника, приговоренного к смертной казни. Убийца и грабитель Жак Думье согласился прыгнуть. В сопровождении полицейских он был доставлен к парижскому оружейному складу, где его ожидал Демонтаж. «Испытатель» влез на крышу, и профессор надел на него плащ, состоящий из большого количества мелких покрышек. Изобретатель посоветовал Думье держать руки горизонтально и стараться парить, как птица. Тот прыгнул. Вначале ветер отнес его немного в сторону, затем Думье стремительно полетел вниз. Почти достигнув земли, он немного задержался и восстановил потерянное равновесие. На землю Думье опустился совершенно невредимым. Довольный Дефонтаж вручил ему кошелек с золотыми монетами.

Удачные опыты спуска грузов осуществил один из изобретателей воздушного шара Жозеф Монгольфье. В 1777 г., рассчитав сопротивление воздуха, он сконструировал аппарат, с которым сам прыгнул с крыши сарая. Опыт прошел удачно.

Французский физик Луи Себастьян Ленорман усовершенствовал аппарат Веранчио, сделав его более надежным, целесообразным и красивым. Аппарат представлял собой жесткий конусообразный купол со стропами и напоминал современные учебные парашюты. 26 декабря 1783 г. Ленорман спрыгнул с высокого дерева, держа в руках шест, на концах которого было привязано по зонту.

29 декабря 1783 г. Ленорман совершил прыжок с балкона обсерватории в Монпелье. Свой аппарат он назвал «парашют», что дословно означает «противопадение». С его легкой руки это название вошло в обиход.

Парашют, пусть еще несовершенный, был изобретен. 5 июня 1783 г. братья Монгольфье испытали воздушный шар. После испытания первых аэростатов воздухоплаватели стали задумываться о мерах спасения в случае аварии.

Первым на воздушном шаре с парашютом поднялся француз Бланшар. Испытывая парашют, он несколько раз спустил на землю свою собаку. Убедившись в безопасной работе парашюта, Бланшар увеличил размеры купола, чтобы на нем мог спускаться человек. Парашют Бланшара напоминал огромный зонт. Вершиной он был прикреплен к воздушному шару. Воздухоплаватель помещался в особой корзине и, в случае необходимости, мог отделиться от шара, обрезав стропы-шнуры. Но прыжок с аэростата Бланшар так и не решился совершить.

Впервые это сделал француз Гарнерен. Он изготовил купол парашюта в форме большого зонта диаметром 10 метров. 36 шелковых клиньев острыми концами сходились в центре купола. В его нижнюю кромку был вшит деревянный обруч. От него шли крепкие тросы, удерживавшие легкую плетеную корзину. Купол парашюта стропами прикреплялся к оболочке аэростата. Достаточно было их перерезать, и купол в падении раскрывался. Гарнерен несколько раз сбрасывал на парашюте животных. Убедившись в безопасности парашюта, 22 октября 1797 г. Гарнерен прыгнул с парашютом с аэростата. Достигнув высоты 600 метров, он обрезал веревку, соединяющую парашют с воздушным шаром. Аэростат взвился вверх, а парашют, на котором висел Гарнерен, стал быстро опускаться. Спустившись в поле, испытатель сел на лошадь и вернулся в парк Монсо, где его ждали восхищенные зрители.

Жак Гарнерен стал парашютистом-профессионалом. Его парашют сильно раскачивался при снижении, поскольку не имел полюсного отверстия. Когда, по совету ученого Лаланда, Гарнерен сделал в куполе полюсное отверстие, качка значительно уменьшилась. На своем примитивном парашюте Гарнерен совершил несколько десятков прыжков. А его племянница Елизавета вошла в историю как первая женщина парашютистка-воздухоплавательница.

В течение всего XIX в. ловкие и предприимчивые люди, в основном циркачи и акробаты, развлекали зрителей эффектными воздушными трюками. В это время шла и серьезная работа над совершенствованием парашюта, в частности над устранением раскачивания парашюта во время спуска. В 1834 г. математик Кайлей выдвинул идею, что основным условием устойчивого положения парашюта в воздухе является заостренная форма купола с вершиной, направленной не вверх, а вниз. К сожалению, из-за плохой подготовки и отсутствия предварительного испытания с грузом первое испытание закончилось трагически. Англичанин Коккинг спрыгнул с высоты 1000 метров. При падении внутренние распорки сломались, купол сложился и Коккинг с большой скоростью рухнул на землю.

Позже предпринимались попытки создать управляемые парашюты, перемещавшиеся по желанию парашютиста в любую сторону. Так, парашют Летюра имел площадь 73 м², был снабжен рулем и двумя крыльями, которые приводились в движение при помощи педалей. Но при испытаниях Летюр разбился. Для уменьшения скорости падения стали увеличивать площадь купола. В 1855 г. парашютистка Пуантевен спускалась с высоты 1800 метров 43 минуты.

В 1880 г. американец Болдуин совершил прыжок с парашютом, который раскрывался автоматически. К верхнему узлу строп была привязана дополнительная стропа-шнур. Второй ее конец привязывался к корзине или оболочке воздушного шара. Когда Болдуин отделялся от шара, стропа-шнур под его тяжестью обрывалась, матерчатый купол без всякого каркаса от скорости падения сначала вытягивался во всю длину, а затем наполнялся воздухом и раскрывался. Такой принцип автоматического раскрытия сохранился до наших дней.

В конце XIX в. интерес к воздухоплаванию уменьшился, и парашюты на рубеже XIX–XX веков были преданы забвению.

Возрождение парашюта связано с появлением аэроплана. На несовершенных аппаратах пилоты часто гибли. В 1910 г. погибло около 30 авиаторов, в следующем году число жертв возросло до 80. Гарантией спасения летчиков мог стать только парашют. В старые модели начали вносить изменения для удобства и надежности использования во время аварийных прыжков из аэропланов. Снова начались поиски, были неудачи, поражения и победы.

В 1909 г. изобретатель Вассер предложил оригинальный образец парашюта для летчиков. Он представлял собой зонт, спицы которого соединялись с сиденьем летчика шелковыми шнурами. Само сиденье наглухо пристегивалось к телу пилота. Когда летчик находился в машине, сложенный зонт лежал за сиденьем. Достаточно было дернуть за шнурок, освобождающий концы спиц, чтобы пружины раскрылись, зонт наполнился воздухом и летчик силой потока встречного воздуха был выдернут из кабины вместе с сиденьем. Испытания парашюта Вассера так и не состоялись.

Существуют разные данные о том, кто совершил первый прыжок с парашютом из самолета. По одним источникам, это сделал Грант Мортон в конце 1911 года. Находясь в самолете, Мортон двумя руками швырнул купол парашюта в воздух. Силой потока купол раскрылся, и его потащило из самолета. Спуск и приземление прошли благополучно. По другим сведениям, американец Бери, поднявшись в воздух на двухместном аэроплане, перелез из своей кабины в специальное приспособление под фюзеляжем и покинул аэроплан на высоте 800 метров.

Несмотря на успешные испытания, парашют в авиации долго оставался не у дел. Не существовало аппарата легкого, надежного и постоянно надетого на летчика во время полетов. Тогда считали, что нужно обезопасить не летчика, а самолет. Изобретались устройства, автоматически поддерживающие устойчивое положение самолета в воздухе. Но существовали и другие причины аварий. Возрастающее количество этих аварий побудило активизировать работу над созданием подходящих моделей парашюта.

Прототип современного парашюта – легкого, компактного, надежного – создал русский изобретатель Глеб Евгеньевич Котельников. Начать разработку его побудила гибель летчика Мациевича, свидетелем которой он был. Перед началом работы Котельников составил список требований к будущему парашюту. Он должен быть компактным, всегда находиться с летчиком, давая ему возможность отделиться от аэроплана с любого места – с сиденья, с крыла, с борта. Он должен раскрываться по желанию авиатора и автоматически. Котельников хорошо продумал подвесную систему парашюта. Она состояла из поясного, нагрудного, двух плечевых обхватов и равномерно распределяла силу рывка во время раскрытия парашюта.

Котельников выбрал подходящий материал для изготовления купола, увидев, как большую шелковую шаль пропустили через маленькое колечко. Изобретатель понял, что прочный, эластичный шелк вполне подходит для купола. Изготовив маленькую модель, Котельников начал опускать на ней куклу. После удачных испытаний Глеб Евгеньевич рассчитал парашют для груза весом 80 кг и скоростью снижения 5 метров в секунду.

27 октября 1911 г. Котельников подал заявку в Комитет по изобретениям на выдачу патента. Однако изобретатель его так и не получил, поскольку парашют имел много схожих узлов с парашютом И. Сонтага, получившего патент ранее. Сначала Котельников назвал свое изобретение «спасательный прибор», затем, «автоматический ранец – парашют системы Котельникова». Лишь в 1923 г. изобретатель назвал свое детище РК-1 (Русский, Котельникова, модель первая).

2 июня 1912 г. парашют был испытан на прочность при помощи автомобиля. Прикрепив лямки парашюта на буксировочные крюки, машину разогнали до скорости около 80 км/ч. Котельников дернул за спусковой ремень, и купол парашюта выбросило вверх. Он мгновенно раскрылся. Сила удара была настолько велика, что автомобиль с заглушенным мотором, пройдя несколько метров, остановился. 6 июня того же года манекен весом 76 кг сбросили с высоты 250 метров. Раскрытие парашюта прошло нормально.

Только в 1919 г. американец Лесли Ирвин создал подобную модель, отличавшуюся от модели Котельникова тем, что в ней был матерчатый легкий ранец, куда укладывался купол со стропами.

В 1923 г. Котельников изготовил модель парашюта РК-2. В ней алюминиевый ранец с пружинной полкой и закрывающейся крышкой был заменен ранцем с жесткой спинкой и откидными боковыми клапанами. Они закрывались мягкой крышкой с пропущенными сквозь петли металлическими шпильками на общем стальном тросе. Модель РК-3 имела ранец мягкой конструкции в виде расклеенного конверта. Боковые и торцовые клапаны при выдергивании вытяжного троса оттягивались специальными резинками, облегчая раскрытие. В 1924 г. Котельников сконструировал парашют из хлопчатобумажной ткани диаметром 12 метров, на котором можно было спускать грузы весом до 300 килограммов.

2 августа 1930 г. начался новый этап в истории парашюта – в Советском Союзе на военных учениях был сброшен первый парашютный десант. Этот день считается рождением советских воздушно-десантных войск. Они предназначались для высадки в тылу противника и действий против штабов, железнодорожных узлов и других важных объектов. Для «крылатой пехоты» были разработаны специальные десантные парашюты конструкции Гроховского и Савицкого.

В 30-е годы развивался парашютный спорт. Проходили соревнования на точность приземления и на длительность полета без раскрытия парашюта – затяжные прыжки, а также воздушная акробатика.

Во Второй мировой войне значение парашютов трудно переоценить. Они были необходимы летчикам, покидающим горящие самолеты. Одной из самых ярких страниц в истории стал захват немецкими десантниками острова Крит. В ходе Великой Отечественной войны советские десантники участвовали во многих операциях, на парашютах сбрасывались грузы для партизан в тылу врага.

С увеличением скорости самолетов и появлением реактивной авиации стало невозможным покидание летчиком самолета обычным способом. Это заставило конструкторов во всех странах начать работу над созданием катапультных установок. Силой пороховых газов они выбрасывали летчика в воздух вместе с сиденьем на безопасную высоту. После этого кресло отделялось и раскрывался парашют. 24 июня 1947 г. впервые катапультировался парашютист-испытатель Г. Кондрашов. В 1949 г. В. Кочетков катапультировался на скорости 1036 км/ч. Сейчас созданы катапульты, позволяющие покидать самолет на предельно малой высоте и скорости не менее 150 км/ч.

В наши дни есть спасательные парашюты, которые могут применять летчики на высоте до 25 км и скорости до 1400 км/ч. Спортивные парашюты используют спортсмены-парашютисты. Для быстрой остановки гоночного автомобиля, скоростного самолета и морского супертанкера, а также для снижения скорости спуска автоматической межпланетной станции применяются тормозные парашюты. Огромные купола посадочных парашютов служат для безопасного приземления грузов и людей, покидающих самолет, мягкой посадки беспилотных и пилотируемых космических кораблей.

Паровая машина

Способность пара производить механическую работу давно известна человеку. Начиная с глубокой древности появляется целый ряд механизмов, основанных на использовании силы пара. Известно, что еще Герон Александрийский применил пар для движения аппарата специальной конструкции. Леонардо да Винчи оставил описание паровой машины, которая, по его словам, была изобретена Архимедом.

Атмосферное давление как источник двигательной силы обращало на себя внимание многих ученых и изобретателей, особенно после опытов немецкого физика Отто фон Герике с так называемыми «магдебургскими полушариями», из которых был выкачан воздух (1650 г.).

Большое значение имело творчество французского физика Дени Папена, изобретателя парового котла и предохранительного клапана. Он первым в 1690 г. правильно описал пароатмосферный цикл, в котором использовалось атмосферное давление.

Сущность пароатмосферного цикла заключалась в следующем. В цилиндр наливалась вода, до уровня которой опускался поршень. Подогревая воду, получали пар, поднимавший поршень до верхнего положения. Затем упоркой заклинивался шток, огонь убирался, и цилиндр поливался водой. В результате создавались конденсация пара и безвоздушное пространство. Когда убиралась упорка, то поршень под давлением атмосферы опускался, что и позволяло поднимать груз на определенную высоту.

Впервые практически решил эту проблему англичанин Т. Сэвери, создав машину, предназначенную для откачки воды из шахт. Паровой насос «Друг рудокопов» – так называлась машина Сэвери (патент на нее был получен изобретателем в 1698 г.) – состоял из котла и сосуда. Они соединялись между собой трубой, имевшей кран. Пар, поступая из котла в сосуд, вытеснял оттуда воздух через всасывающую трубу. Затем закрывался кран, а сосуд обливался холодной водой из бачка, в результате чего пар конденсировался. Под давлением атмосферы вода по всасывающей трубе поднималась в сосуд. Открывая кран снова, подавали в сосуд пар, выталкивавший воду по нагнетающей трубе на поверхность. Затем все операции повторяли вновь.

Новое в машине Сэвери по сравнению с паровым котлом Папена заключалось в том, что у Сэвери паровой котел был отделен от рабочего пространства. Но работа пара и его конденсация по-прежнему происходили в одном и том же сосуде. Машина Сэвери была крайне не экономична, ибо попеременное нагревание и охлаждение одного и того же сосуда требовали большого количества топлива. Она расходовала до 80 кг угля на 1 л. с. в час.

Эта машина обладала рядом серьезных недостатков. Глубина всасывания в ней не превышала 10 м, т. е. высоты, соответствующей атмосферному давлению. Высота подачи воды в машине достигала 30 м, что определялось давлением пара, которое по условиям прочности котла не могло превышать 3 атмосфер. Для откачивания воды с большей глубины нужно было ставить несколько машин одну над другой. Насос был небезопасен в работе из-за частых взрывов.

Но машины Сэвери все же довольно широко применялись на протяжении всего XVIII в. как в Англии, так и в других странах. В 1707 г. одна из машин Сэвери была приобретена Петром I и установлена в Петербурге в Летнем саду для приведения в действие фонтанов.

Дальнейший шаг в деле совершенствования паровых машин сделал английский кузнец Томас Ньюкомен, в 1711 г. предложивший использовать для привода шахтных насосов свою конструкцию пароатмосферной машины.

Принцип работы машины Ньюкомена состоял в следующем: внутри цилиндра двигался поршень, связанный с одним концом балансира. Другой конец балансира был соединен со штангами водоотливного насоса. Поступающий из котла в цилиндр пар, для чего открывали кран, поднимал поршень, который уравновешивался собственным весом насосной штанги и добавочного груза. Затем для конденсации пара в цилиндр из резервуара через кран впрыскивалась холодная вода. Атмосферное давление обеспечивало движение поршня вниз и, соответственно, подъем насосных штанг (откачку воды). Сконденсировавшийся пар вместе с охлаждающей его водой удалялся из цилиндра по трубе. Излишний пар из котла выходил через предохранительный клапан.

Мощность пароатмосферной машины Ньюкомена составляла 8 л. с. Она обеспечивала подъем воды с глубины 80 м. Хотя в насосе Ньюкомена котел был отделен от парового цилиндра, однако он все же выполнял двойную функцию, т. е. рабочий цилиндр был в то же время и конденсатором. Чередование охлаждения цилиндра холодной водой и нагревание его горячим паром по-прежнему требовали огромного количества топлива. Машина расходовала в час около 25 кг угля на 1л. с.

Много важных усовершенствований в пароатмосферную машину внес в 1772 г. инженер Смитон. Не меняя основного принципа действия, он рассчитал правильное соотношение между размерами частей машины. Это способствовало лучшему изготовлению машины. Кроме того, Смитон сделал более целесообразной конструкцию отдельных частей машины.

Машины Ньюкомена получили в XVIII в. довольно широкое распространение в Англии, Франции, Германии. Они работали главным образом в горной промышленности; иногда применялись в качестве машин для снабжения водой водопроводов больших городов. В 1722 г. шесть таких машин были установлены на рудниках Банской Штявницы в Словакии. В 1728 г. шведский механик М. Тривальд построил пароатмосферную машину. В 1750 г. машины Ньюкомена появились в Америке, правда, там их усовершенствовали.

В России первая пароатмосферная машина Ньюкомена была установлена в 1772 г. в Кронштадте для откачки воды из дока.

Несмотря на довольно широкое практическое применение, машина Ньюкомена не могла удовлетворить потребность промышленности в мощном универсальном двигателе. Она была громоздка, имела неравномерный ход, потребляла много топлива. О пароатмосферных машинах говорили, что для их изготовления нужен железный рудник, а для обслуживания – угольная копь. Поэтому они служили лишь узкоспециальным целям (например, для подъема воды или соляного раствора) и совершенно не годились для роли универсального двигателя машинной индустрии.

Между тем к 60-м годам XVIII в. в интересах развития промышленного производства отчетливо вырисовывалась потребность в более совершенном двигателе.

Первый универсальный тепловой двигатель был изобретен в России в 60-х годах XVIII в. выдающимся русским теплотехником Иваном Ивановичем Ползуновым.

Ползунов был знаком с описанием машин Сэвери и Ньюкомена, а также с работами М. В. Ломоносова по теплотехнике.

В результате своих исследований И. И. Ползунов в 1763 г. разработал проект создания «огнедействующей машины для заводских нужд». Он предполагал построить двухцилиндровую пароатмосферную машину. По проекту Ползунова пар из котла подавался в один цилиндр, где поднимал поршень до крайнего верхнего положения. Затем из резервуара в цилиндр впрыскивалась струя холодной воды, что приводило к конденсации пара. В результате давления атмосферы на поршень он опускался, в то время как во втором цилиндре в результате давления пара поршень поднимался. Водо– и парораспределение в машине Ползунова осуществлялось специальным автоматическим устройством. Непрерывное рабочее усилие от поршней машины передавалось на шкив, насаженный на вал, с которого движение передавалось водо-парораспределительному устройству, питательному насосу, а также рабочему валу, от которого приводились в движение воздуходувные меха.

И. И. Ползунов уже в первом проекте паровой машины, созданном в 1763 г., четко сформулировал задачу создания именно универсального теплового двигателя. В своей докладной записке об «огнедействующей машине» от 26 апреля 1763 г. Ползунов, по собственным его словам, хотел «…сложением огненной машины водяное руководство пресечь и его, для сих случаев, вовсе уничтожить, а вместо плотин за движимое основание завода ее учредить так, чтобы она была в состоянии все наложенные на себя тягости, каковы к раздуванию огня обычно к заводам бывают потребны, носить и, по воле нашей, что будет потребно, исправлять». И далее он писал: «Дабы сей славы Отечеству достигнуть и чтоб то во всенародную пользу, по причине большого познания о употреблении вещей, поныне не весьма знакомых (по примеру наук прочих), в обычай ввести».

С большими трудностями, так как средств для сооружения машины было отпущено недостаточно, Ползунов с помощью нескольких учеников приступил в 1764 г. к созданию своей машины, ив 1765 г. она была построена.

Эта машина существенно отличалась от первого проекта Ползунова. Построенная машина решала лишь частную задачу: был сконструирован привод для нескольких печей и обеспечен малый расход топлива.

Ползунову не удалось дожить до пуска машины. Измотанный непосильной работой, он умер в мае 1766 г. от скоротечной чахотки.

Пуск машины был осуществлен лишь в августе 1766 г. Она проработала около двух месяцев, показав свою эффективность: за 43 дня работы принесла около 12 тыс. руб. прибыли. Но в ноябре 1766 г. котел дал течь. Машину остановили, а через несколько лет она была разобрана и забыта.

Универсальный паровой двигатель, пригодный для практической эксплуатации, был изобретен английским теплотехником Джемсом Уаттом. Работу над паровыми машинами Уатт начал в 1764 г., когда ему поручили исправить модель пароатмосферной машины Ньюкомена. Он обратил внимание на большой непроизводительный расход пара и топлива в машине. Исследуя причину этого, Уатт пришел к выводу, что хорошая работа атмосферной машины зависит от выполнения двух условий: во-первых, для получения сильного разряжения под поршнем надо производить в цилиндре возможно более полную конденсацию пара, а для этого как можно сильнее охлаждать цилиндр, во-вторых, чтобы избежать непроизводительных потерь пара, надо его впускать для последующего хода поршня из котла в неохлажденный, горячий цилиндр. Выполнить эти два условия одновременно вначале представлялось технически невозможным.

Проведя целый ряд глубоких исследований и опытов, Уатт наконец разрешил эту сложную техническую задачу: он предложил производить конденсацию пара в отдельном резервуаре-конденсаторе, сообщающемся с цилиндром. Изобретение конденсатора – важнейшее изобретение Уатта на первом этапе работы над паровой машиной.

Патент на него Уатт получил в 1769 г. В заявке на патент он определил свое изобретение как «новый метод уменьшения расхода пара, а следовательно, и топлива в огненных машинах».

Таким образом, была найдена идея усовершенствования паровой машины. Но надо было перейти к практическому осуществлению этой идеи. Уатт потратил на это много лет упорного труда. Изготовление крупных машин стоило больших средств, а собственные средства Уатта были ничтожны. Приходилось обращаться к фабрикантам и промышленникам с просьбами о финансировании постройки новой машины.

В начале 70-х годов XVIII в. Уатт задумывался о переезде в Россию. Русское правительство предложило английскому инженеру «занятие, сообразное с его вкусом и познаниями» с ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов.